Медицинские приборы и системы для лабораторного анализа

системы»

Лекция 4

Минимально определяемая концентрация:

Сmin =  Dmin /(L)

(при   105 , Dmin = 0.01,
Сmin = 10–7–10–6 моль/л)

3.3. Фотометрические приборы и системы 3.3.1. Абсорбционная фотометрия (продолжение)

постоянную погрешность измерения Т, поэтому погрешность величины D не будет

одинакова, так как D = – lg T.
Относительная погрешность определения концентрации




т.к.



δСmin при T = 0,37 (D = 0,435).
при D = 0,1–1,0 δС < 2δСmin

светового потока, - химических взаимодействий, - наличия примесей, поглощающих свет в данной

области, снижают специальными приемами, например, приготовлением раствора сравнения, содержащего все компоненты, кроме определяемого.

Точность фотометрических методов зависит от индивидуальных особенностей фотометрической реакции, характеристик применяемого прибора и других факторов. Обычная относительная погрешность фотометрических методов составляет 1–2%.

- источник света; 2 - светофильтр или монохроматор; 3 -

проба; 4 - проба сравнения; 5 - фотоприемник; 6 -оптический ослабитель;
А - измеряется соотношение фототока для пробы 3 и пробы сравнения 4;
Б - в момент равенства фототоков для пробы и пробы сравнения (разность равна нулю) отсчитывают показания на ослабителе 6

Требуются:
1. Стабильность во времени источника и приемника и линейность приемника.
2. Стабильность во времени источника и приемника.

Оптическая компенсация

А - измеряется соотношение фототока для

пробы 3 и пробы сравнения 4;
Б и В - в момент равенства фототоков для пробы и пробы сравнения (разность равна нулю) отсчитывают показания на ослабителе 6

Требуется:
1. Линейность измерителя.

1 - источник света; 2 - светофильтр;
3 - проба; 4 - проба сравнения;
5 - фотоприемник; 6 - оптический ослабитель;
7 - модулятор;

Оптическая компенсация

Требуются:
1. Идентичность приемников, линейность измерителя.
2, 3.

Стабильность источника и идентичность приемников или
идентичность приемников и идентичность линейности.

Требуется линейность измерителя.

Этот метод позволяет повысить точность измерения, исключить влияние

мутности и других мешающих факторов при проведении специальных измерений.

потребности основной массы клинико-диагностических лабораторий при выполнении большей части биохимических

(80%), коагулологических, иммунохимических исследований.
С точки зрения методов управления измерением анализаторы делятся на ручные, полуавтоматические и автоматические.
В ручных фотометрах управление процессом фотометрирования и калибровки производится вручную и только представление данных бывает автоматизировано.
В полуавтоматических анализаторах имеется программное устройство, содержащее алгоритм фотометрирования по биохимическим методикам. Многие из таких анализаторов способны «обучатся», то есть в них можно вносить дополнительные методики исследований («открытые» системы). Широкое применение находят также многоканальные фотометры, в которых применена оптическая схема, позволяющая установить одновременно большое количество (до 96) проб.

включая операции пробоподготовки, измерения, электронной обработки сигналов, отображения и документирования.

Принцип

выбора типа анализатора:

можно характеризовать частотой излучения f, которая соответствует квантовому переходу между

уровнями энергии Ei и Ek атома, и длиной волны:

hf = Ei – Ek, λ = c/f

1 - абсорбция; 2 - флуоресценция;
3 - фосфоресценция; а - излучательные переходы;
б - безызлучательные переходы

Абсорбционные линии в спектре Солнца:

Схема энергетических уровней внутримолекулярных переходов:

полым катодом (4 – 8 шт.), закрепленные во вращающемся барабане,

2 – механический модулятор, 3 – атомизатор, 4 – монохроматор, 5 – ФЭУ, 6 – электронный блок, 7 – отсчетное устройство (миллиамперметр или цифровой вольтметр), 9 – компьютер

плотности линейно связана с концентрацией поглощающих Ca частиц и толщиной

поглощающего слоя L:
Dа = kLCа
Правила Уолша, соблюдение которых необходимо для измерения сигнала атомной абсорбции:
1. Длина волны максимального поглощения атомного пара должна быть равна длине волны максимальной интенсивности излучения источника.
2. Ширина спектральной линии поглощения атомных паров должна быть, по крайней мере, в два раза больше ширины линии испускания источника.

атомизация в пламени (пропан/воздух, ацетилен/воздух, ацетилен/закись азота).
электротермическая атомизация (ЭТА)

– испарение и атомизация в графитовой трубке (графитовой печи), нагреваемой электрическим током до температур 1500 – 3000°С (в зависимости от свойств определяемого элемента).
гидридная техника – в кварцевой ячейке или графитовой печи, нагреваемой электрическим током, происходит разложение газообразных гидридов, образованных в специальном реакторе: MeHxT --> Me + x/2 H2.
метод «холодного пара» - основан на свойстве ртути существовать при нормальных условиях в газовой фазе в виде свободных атомов.

условий (противоречивых):
Пламя должно быть высоко прозрачным (невысокая оптическая плотность

во всем спектральном интервале от 190 до 860 нм).
Собственное излучение пламени должно быть слабым.
Эффективность атомизации в пламени должна быть как можно большей.
Степень ионизации определяемого элемента должна быть низкой.

Возможности пламен ацетилен–воздух и ацетилен–закись азота взаимно дополняют друг друга, и с их помощью методом атомной абсорбции можно определять около 70 элементов.
Пределы обнаружения находятся в интервале 1 – 100 нг/мл, относительное стандартное отклонение – 0,02 – 0,005.

Горелка предварительного
смешения

Графитовая печь Массмана:





1 – трубка из

спектрально чистого графита,
2 – вспомогательный электрод,
3 – мощная электрическая дуга

более раз, но продолжительность определения увеличилась в 10-20 раз.
Изменение температуры

ЭТА в процессе работы:
1 – испарение (удаление растворителя);
2 – минерализация (удаление органических соединений);
3 - атомизация;
4 – отжиг (удаление остатков пробы);
5 - охлаждение

возникает сильное неселективное поглощение, вызываемое рассеиванием света аэрозолем, содержащим частицы

пробы, а также молекулярной абсорбцией не полностью диссоциированных компонентов матрицы.

sМХ – интервал, пропускаемый монохроматором,
sЛПК – ширина линии ЛПК.

DАТ = DСУМ – DФОН

При этом необходим второй источник излучения и система выравнивания интенсивностей двух потоков

поперечном магнитное поле линия испускаемого излучения расщепляется в простейшем случае

на три линии. Смещенные и несмещенная линии поляризуются перпендикулярно друг другу, следовательно, если на оптическом пути поставить поляризатор, то их можно разделить.

При поляризации излучения под прямым углом к полю при (λ–Δ) и (λ+Δ) измеряется DФОН, а при параллельной поляризации – DСУМ (при длине волны λ).

Используется лишь одна лампа, поэтому не возникает проблем, связанных с выравниванием потоков.

элемента, концентрацию которого необходимо определить
Используются монохроматоры и фотоумножители
.
Атомно-абсорбционную спектрофотометрию

используют для определения концентрации микроэлементов и редких элементов в различных биологических жидкостях и тканях, при токсикологических исследованиях: общего кальция, железа, меди, хрома, кобальта, селена, свинца (для хрома, селена, свинца и кобальта рекомендуется беспламенная техника), молибдена, лития, ртути, цинка, мышьяка и др.
Атомно-абсорбционный метод определения кальция в сыворотке крови утвержден в качестве референтного Международной федерацией клинической химии и лабораторной медицины.

фона предназначен для измерения содержания элементов (Ag, Al, As, Au,

Ba, Be, Bi, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Pd, Pt, Rh, Ru, Se, Sn, Sb, Sr, Ti, V, Zn ) в широком круге объектов (природных, сточных водах, питьевой воде, атмосферном воздухе, в пробах зерна, мукомольно-крупяных и хлебобулочных изделий, плодоовощной продукции, муке животного происхождения, молоке, виноводочных материалах, почв и донных отложений, а также крови и моче).
Позволяет проводить определение элементов без пробоподготовки в объектах анализа со сложной матрицей: кровь, моча, коньяк, вино, пиво, молоко, нефть.
Оснащен автосемплером, ртутно-гидридой приставкой, высокоинтенсивными безэлектродными источниками излучения. Спектрометр с электростатической приставкой может быть использован для непрерывного определения элементов в воздухе.

соответствующих резонансных линий, присутствует револьвер на 6 ламп (компьютерная перестройка

с одного элемента на другой без юстировки).
Для ввода проб используется автосэмплер с 55 ячейками. Полученные данные могут непрерывно передаваться в АСУ для управления технологическим процессом.
Анализ воздуха - с электростатическим осаждением аэрозолей воздуха непосредственно в графитовом атомизаторе.
Анализ низких содержаний гидридообразующих элементов (в частности Se, As, и др.) и ртути в природных водах с помощью ртутно-гидридной приставки.
Прямой анализ питьевых, сточных и морских вод и биожидкостей.

спектрометр с пламенным атомизатором.
ContrAA 700 – Атомно- абсорбционный спектрометр с пламенным и электротермическим атомизаторами.
Метод

атомно-абсорбционной спектроскопии с источником излучения непрерывного спектра (HR-CS AAS).
Источник света - ксеноновая короткодуговая лампа, обеспечивает высокую плотность изучения и непрерывную эмиссию по всему спектральному диапазону (190 - 900 нм). Таким образом, доступными становятся все спектральные линии анализа без ограничений и в любой момент времени

Монохроматор:
Принципиально новая конструкция

монохроматора высокого разрешения: 1 – входная щель, 3 – поворотная призма Литтрова (разложение на спектр), 2 – система зеркал отражает небольшую часть этого спектра, 4 – щель, 5 – дифракционная решетку (дополнительно разлагает свет на составляющие, шириной чуть более одного нанометра), 6 - фотодиодную линейку 6 (детектор)

излучения, делает возможным определение до 67 элементов без замены на

лампу требуемой длины волны
• Минимальное время при переходе от одного элемента к другому при мультиэлементном анализе пламенным методом, ориентировочно на 8 различных элементов требуется около 60 секунд.
• Оптическая система: Эшелли-монохроматор высокого разрешения, высокочувствительный линейный CCD-детектор, диапазон длин волн 189-900 нм, специальное покрытие оптики препятствует загрязнению поверхности линз и защищает от влаги
• Сенсорный мониторинг всех пламенных параметров: параметры газа, давление в камере смешения, функция сифона, электронный датчик контроля пламени
• Гидридная техника: включает в себя все гидридные системы
• Сканирование оптического диапазона
• Полная изоляция оптической схемы от зоны атомизации.

автоматическая юстировка длины волны.
• Автоматическая установка длины волны,

давления газов, потоков горючего газа и окислителей, а также всех параметров оборудования, их оптимизация и обработка результатов измерений;
• Полная автоматическая регулировка давления и потоков используемых газов, автоматическое управление пламенем, блокировка подачи газов при отсутствии пламени, автоматическая регулировка высоты горелки, поджиг пламени и гашение пламени. Автоматический контроль установленных горелок и работы сифона, стабильности пламени.
• Важно отметить, что в ААС ИСС спектрометр выдает не единичное значение оптической плотности, а профили спектральных линий в интервале до 1 нм. Это упрощает учет неселективного поглощения и других спектральных помех.

В клинической лабораторной диагностике они находят применение в «сухой химии»,

когда цветную биохимическую реакцию проводят на полоске, в результате чего определенная ее зона окрашивается.

Вторичная освещенность:



Интенсивность отраженного
света (ф-ла Кубелки-Мунка):



ρ – коэффициент отражения света от сферы,
С – концентрация исследуемого вещества,
S – отражающая поверхность,
ρп – коэффициент отражения света от полоски,
ε – молярный коэффициент поглощения.

химии» для исследования различных аналитов в крови, сыворотке, плазме.

Полуавтоматические отражательные

фотометры для работы средствами «сухой химии» с кровью